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8/3/2019 Catalizadores y Adsorbentes (Juan Bussi)
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TECNOLOGÍAS LIMPIASBASADAS EN EL USO DE CATALIZADORES
Y ADSORBENTES
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TECNOLOGÍAS LIMPIAS
= procesos de manufactura otecnologías de producto que
previenen y reducen la polución
en comparación con las
tecnologías que reemplazan.
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Contr ibución de Catalizadores
y Adsorbentes a lasTecnologías Limpias
RESIDUOS
PROCESOS
PRODUCTOS
MATERIAS PRIMAS
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MATERIAS PRIMASØMenos contaminantes: sustitución de recursos fósiles(petróleo, gas, carbón) por recursos renovables(biomasa) (agua).ØMenor consumo.
PRODUCTOSReducción de contaminación.ØDirecta: presente en el producto (eliminación deazufre en gasolina)ØIndirecta: posterior a su uso (derivados de sudestrucción)(combustión de PVC).
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PROCESOS
Contribución a la sustitución por otros menoscontaminantes por:Ømenor consumo energético.Ømayor rendimientoØcondiciones experimentales menos severas
(temperatura y presiones menores).Øoperaciones más sencillas (procesos en flujo).
RESIDUOSØ
Reciclaje (CO2, metales pesados).ØDestrucción segura y eficiente (CO, NOx, VOCs.dioxinas, órgano-clorados, patógenos, toxinas).
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BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGÍA YPRODUCTOS QUÍMICOS
Tecnología deConversión
Pirólisis
Licuefacción
Gasificación
Combustión
ProductosPrimarios
Alquitranes
Líquidos
Gasescombustibles
Calor.
Tecnología deprocesamiento
Extracción
Degradación
Turbina
Síntesis
Motores
Calderas
Tecnología deprocesamiento
ProductosQuímicos
Gasolina+Diesel
Metanol
Electricidad
Amoníaco
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Pirólisis de Biomasa
CxHyOz (sólido)
400ºC – 700ºC
Principales componentes de la biomasa: celulosa, hemicelulosa
y lignina
Recuperación de Productos QuímicosExtracción directa (destilación, solventes): polifenoles,
levoglucosano (20%), hidroxiacetaldehído.
Gases (H2, CO,
CO2, hidrocarburos
livianos)
Alquitranes
(CxHyOz fluido)
30% - 85%
20 - 23
MJ/m3
5 – 15
MJ/m3
Efecto catalítico de componentes inorgánicos, agregado de
sales (acetona, hidrógeno).
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Degradación catalítica de alquitr anes
Hidrotratamiento
C6H8O4 + 6H2 6CH2 + 4 H2O
Aceite depirólisis
Hidrocarburos
(equivalente a nafta)
CoMo
70 – 200 bar250ºC – 400ºC
Cracking con zeolitas
C6H8O4 4.6CH1.2 + 1.4CO2 + 1.2 H2O
1 bar
350ºC – 600ºC
ZSM-5
15% aromáticos
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Gasificación de Biomasa
Gases (H2, CO,CO2, hidrocarbur oslivianos)
Alquitranes y Cenizassólidas (inorgánicos)
4 - 6 MJ/m3
60% N2CxHyOz (sólido)
900ºC – 1400ºC
O2
Poder calorífico hasta 20 MJ/m3 usando H2O como agente
oxidante (reformado).
Uso de catalizadores:Ø reduce cantidad de alquitranes
Ø mejora calidad de gases para su posterior uso en síntesis.
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Catalizadores utilizados:Ø
minerales de bajo costo (dolomita).Ø níquel/alúmina elimina trazas de hidrocarburos
(necesario para uso en síntesis).
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Gas de Síntesis: CO + H2
Producido a partir de cualquier fuente de carbono.
CO + H2O ⇔ CO2 + H2
Catalizadores: Cr/Fe2O3 o Zn/Cr2O3 a 440 – 700°C
Cu/Cr2O3 a 230°C – 350°C
Co-MoS2 /Al2O3 a 180°C – 550°C
Reacción de Gas de Agua
C + H2O CO + H2
CO + H2O CO
2+ H
2
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Síntesis Fischer Tropsch
BiomasaGas NaturalCarbón
CO + H 2
CH 3* CH 3CH 2* CH 3CH 2CH 2* C n H 2n+1*
CH 4 C 2 H 4 C 2 H 6 C 3 H 6 C 3 H 8 C n H 2n C n H 2n+2
H 2O
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ØLa reacción se lleva a cabo sobre catalizadores de cobalto o
hierro.
ØPara un buen rendimiento se requiere alta presión (típicamente
20 - 30 bar) y temperatura (200 - 350 °C).
ØPor encima de los 400 °C la formación de metano resulta
excesiva.
(Producción de parafinas)
(Producción de olefinas)
Reacciones pr incipales:
Reacciones muy exotérmicas
Reacciones secundar ias, indeseadas:
(Producción de metano)(Producción de alcoholes)
(Deposición de carbono sólido)
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Cinética(5 etapas básicas)
ØAbsorción de CO sobre la superficie del catalizador.
ØIniciación de la polimerización mediante
formación de radical metilo (por disociación delCO e hidrogenación).
ØPolimerización por condensación (adición de CO
y H2 y liberación de agua).
ØTerminación.
ØDesorción del producto.
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Car acter ísticas de conver tidores para
Síntesis Fischer – Tr opsch (Alemania, 1940)
•Catalizador: Co-ThO2-MgO- Kieselgur (100:5:8:200)
•Temperatura: 195 – 200°C
•Presión: 1 atm
•Producción: 9.4 Kg/m3cat.h
•Composición del Producto:
C3-C4 10%
Gasolina 52.2%
Diesel oil 26.5%Parafinas 11.3%
•Alimentación : CO-H2 (1:2)
•Conversión: 50-60%
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Otros Procesos
Composición de Productos (%)Cat. T(°C) P(atm)Producción(Kg/día)
Gasolina Diesel Parafinas Otros
Co 175-200 1 2260 56 33 11 -Co “ 7 9600 35 35 30 -Fe 240-260 20 9600 40 26 24 10Fe 270-290 20 20000 15 60 15 10
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Distr ibución de pesos molecular es (Schulz-
Flory)% de HC
N° de at. de C
1
2 PH2
PCO
>
1 2
PH2
PCO
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C ©
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Síntesis de metanol
Favorecida a bajas temperatura y altas presiones
Proceso BASF (1913): catalizador Zn – Cr, 250-300 atm, 300-450ºC, muy estable a trazas de azufre.
Proceso ICI(1966): Cu-ZnO (selectividad > 99%), 50-150 atm,
200-300ºC, sensible a trazas de cloro y azufre.
Proceso Lurgi: incluye 6% de CO2 incrementa 23% el
rendimiento
2H2 + CO CH3OH ∆H25ºC = -90.75 kJ mol-1
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Síntesis de etanol
Rh-Fe/SiO26.1 53 2.1 9 29.6
Rh-Fe/Al2O3 2.4 55 17 6.4 14.2
Rh-Fe/La2O3 31.2 66 9.6 1.2 20.5Rh-Fe/La2O3-
SiO2
14.8 52.4 4.7 6.8 31.1
Rh/SiO2 78 8 0.1 3.2
SelectividadCatalizador Conversión
CH4 (H.C) C2-C5 CH3OH C2H5OH
T = 593 K
P = 7 Mpa
CO/H2 = 1/1
CH 3
M
COCH3
C=O
M
H2 CH3
CH2OHRh
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Catalizador: 3%Rh + Promotores/SiO2
Condiciones de reacción: P = 100 Kg/cm2
CO/H2 = 2/1
Selectividad (% )Promotores T(°C)
ActividadAcOH AcH EtOH CH 4 C2+
MnCl2 (1/3) 280 1.06 36.1 31.1 1.9 13.7 12.3MnCl 2+ZrCl4 300 1.38 39.5 30.7 3.6 15.4 8.5
MnCl2+LiCl 300 1.67 48.8 27.6 1.6 8.5 8.9
MnCl2 -
ZrCl4-LiCl
300 1.66 46.6 29.7 3.2 10.4 6.3
- 320 0.16 15.0 49.2 0.1 22.2 10.0
Síntesis de ácido acético
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OH+ H2CO
H+
O
OH
CHOO2; 500ºC
Ag/SiO2
∆T CHO
CHO
∆T
Pd
ØMétodo clásico por oxidación de terpenos con MnO2: grancantidad de residuos inorgánicos.
Síntesis de Citr al
ØMétodo BASF : oxígeno molecular como agente oxidante.
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Oxidación con H2O2 (solución acuosa al 30%)
Catalizadores: tamices molecular es redox TS1
TS-1+
30% H2O2
OH
OH
OH
OH
O NOH
O
RCH CH2
RCH CH2
R2CO
R2CHOH
NH3PhOH
Treacción = 40ºCSolvente: MeOH
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